तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक सतह - SiC (सिलिकॉन कार्बाइड) उपकरण और उनके अनुप्रयोग

एक नए प्रकार के अर्धचालक पदार्थ के रूप में, SiC अपनी उत्कृष्ट भौतिक, रासायनिक और विद्युत विशेषताओं के कारण अल्प-तरंगदैर्ध्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, उच्च तापमान उपकरणों, विकिरण प्रतिरोधी उपकरणों और उच्च शक्ति/उच्च क्षमता वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए सबसे महत्वपूर्ण अर्धचालक पदार्थ बन गया है। विशेष रूप से जब इसे अत्यधिक और कठोर परिस्थितियों में उपयोग किया जाता है, तो SiC उपकरणों की विशेषताएँ Si उपकरणों और GaAs उपकरणों की तुलना में कहीं अधिक होती हैं। इसलिए, SiC उपकरण और विभिन्न प्रकार के सेंसर धीरे-धीरे प्रमुख उपकरणों में से एक बन गए हैं और इनकी भूमिका लगातार बढ़ती जा रही है।

1980 के दशक से, विशेष रूप से 1989 के बाद जब पहला SiC सबस्ट्रेट वेफर बाजार में आया, SiC उपकरणों और परिपथों का तेजी से विकास हुआ है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड, उच्च आवृत्ति, उच्च शक्ति और उच्च वोल्टेज उपकरणों जैसे कुछ क्षेत्रों में, SiC उपकरणों का व्यावसायिक रूप से व्यापक उपयोग किया जा रहा है। विकास तीव्र गति से हो रहा है। लगभग 10 वर्षों के विकास के बाद, SiC उपकरण प्रक्रिया व्यावसायिक उपकरणों के निर्माण में सक्षम हो गई है। क्री के नेतृत्व वाली कई कंपनियों ने SiC उपकरणों के व्यावसायिक उत्पाद पेश करना शुरू कर दिया है। घरेलू अनुसंधान संस्थानों और विश्वविद्यालयों ने भी SiC सामग्री के विकास और उपकरण निर्माण प्रौद्योगिकी में सराहनीय उपलब्धियां हासिल की हैं। हालांकि SiC सामग्री में बहुत ही उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुण हैं, और SiC उपकरण प्रौद्योगिकी भी परिपक्व है, लेकिन SiC उपकरणों और परिपथों का प्रदर्शन उत्कृष्ट नहीं है। SiC सामग्री और उपकरण प्रक्रिया में निरंतर सुधार की आवश्यकता है। SiC उपकरण संरचना को अनुकूलित करके या नई उपकरण संरचना प्रस्तावित करके SiC सामग्री का अधिकतम लाभ उठाने के तरीकों पर अधिक प्रयास किए जाने चाहिए।

वर्तमान में, SiC उपकरणों का अनुसंधान मुख्य रूप से असतत उपकरणों पर केंद्रित है। प्रत्येक प्रकार की उपकरण संरचना के लिए, प्रारंभिक अनुसंधान में उपकरण संरचना को अनुकूलित किए बिना, संबंधित Si या GaAs उपकरण संरचना को सीधे SiC पर स्थानांतरित करना शामिल है। चूंकि SiC की आंतरिक ऑक्साइड परत Si के समान ही SiO2 होती है, इसका अर्थ है कि अधिकांश Si उपकरण, विशेष रूप से m-pa उपकरण, SiC पर निर्मित किए जा सकते हैं। हालांकि यह केवल एक सरल स्थानांतरण है, कुछ प्राप्त उपकरणों ने संतोषजनक परिणाम प्राप्त किए हैं, और कुछ उपकरण पहले ही कारखाने के बाजार में प्रवेश कर चुके हैं।

SiC ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण, विशेष रूप से नीली रोशनी उत्सर्जित करने वाले डायोड (ब्लू-रे एलईडी), 1990 के दशक की शुरुआत में बाजार में आए और ये पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित SiC उपकरण थे। उच्च वोल्टेज SiC शॉटकी डायोड, SiC RF पावर ट्रांजिस्टर, SiC MOSFET और MESFET भी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। बेशक, इन सभी SiC उत्पादों का प्रदर्शन SiC सामग्रियों की उत्कृष्ट विशेषताओं को पूरी तरह से प्रदर्शित करने से बहुत दूर है, और SiC उपकरणों के अधिक मजबूत कार्य और प्रदर्शन के लिए अभी भी शोध और विकास की आवश्यकता है। इस तरह के सरल रूपांतरण अक्सर SiC सामग्रियों के लाभों का पूरी तरह से फायदा नहीं उठा पाते हैं। यहां तक ​​कि SiC उपकरणों के कुछ लाभों के क्षेत्र में भी, शुरू में निर्मित कुछ SiC उपकरण संबंधित Si या CaAs उपकरणों के प्रदर्शन से मेल नहीं खाते हैं।

SiC सामग्री की विशेषताओं के लाभों को SiC उपकरणों के लाभों में बेहतर ढंग से परिवर्तित करने के लिए, हम वर्तमान में उपकरण निर्माण प्रक्रिया और उपकरण संरचना को अनुकूलित करने या SiC उपकरणों के कार्य और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए नई संरचनाओं और नई प्रक्रियाओं को विकसित करने के तरीकों का अध्ययन कर रहे हैं।